鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)

鋼筋混凝土中的受力筋含量通常很少，從占構(gòu)件截面面積的1%（多見(jiàn)于梁板）至 6%（多見(jiàn)于柱）不等。鋼筋的截面為圓型。在美國(guó)從0.25至1英尺，每級(jí)1/8英尺遞增；在歐洲從8至30毫米，每級(jí)2毫米遞增；在中國(guó)大陸從3至40毫米，共分為19等。在美國(guó)，根據(jù)鋼筋中含碳量，分成40鋼與60鋼兩種。后者含碳量更高，且強(qiáng)度和剛度較高，但難于彎曲。在腐蝕環(huán)境中，電鍍、外涂環(huán)氧樹(shù)脂、和不銹鋼材質(zhì)的鋼筋亦有使用。

在潮濕與寒冷氣候條件下，鋼筋混凝土路面、橋梁、停車(chē)場(chǎng)等可能使用除冰鹽的結(jié)構(gòu)則應(yīng)使用環(huán)氧樹(shù)脂鋼筋或者其他復(fù)合材料混凝土，環(huán)氧樹(shù)脂鋼筋可以通過(guò)表面的淺綠色涂料輕松識(shí)別。

混凝土是水泥（通常硅酸鹽水泥）與骨料的混合物。當(dāng)加入一定量水分的時(shí)候，水泥水化形成微觀不透明晶格結(jié)構(gòu)從而包裹和結(jié)合骨料成為整體結(jié)構(gòu)。通?；炷两Y(jié)構(gòu)擁有較強(qiáng)的抗壓強(qiáng)度（大約 3,000 磅/平方英寸, 35 MPa）。但是混凝土的抗拉強(qiáng)度較低，通常只有抗壓強(qiáng)度的十分之一左右，任何顯著的拉彎作用都會(huì)使其微觀晶格結(jié)構(gòu)開(kāi)裂和分離從而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的破壞。而絕大多數(shù)結(jié)構(gòu)構(gòu)件內(nèi)部都有受拉應(yīng)力作用的需求，故未加鋼筋的混凝土極少被單獨(dú)使用于工程。

相較混凝土而言，鋼筋抗拉強(qiáng)度非常高，一般在200MPa以上，故通常人們?cè)诨炷林屑尤脘摻畹燃觿挪牧吓c之共同工作，由鋼筋承擔(dān)其中的拉力，混凝土承擔(dān)壓應(yīng)力部分。例如在圖2簡(jiǎn)支梁受彎構(gòu)件中，當(dāng)施加荷載P時(shí)，梁截面上部受壓，下部受拉。此時(shí)配置在梁底部的鋼筋承擔(dān)拉力(4)，而上部陰影區(qū)所示混凝土(2)承受壓力(3)。在一些小截面構(gòu)件里，除了承受拉力之外，鋼筋同樣可用于承受壓力，這通常發(fā)生在柱子之中。鋼筋混凝土構(gòu)件截面可以根據(jù)工程需要制成不同的形狀和大小。

同普通混凝土一樣，鋼筋混凝土在28天后達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度。

鋼筋混凝土之所以可以共同工作是由它自身的材料性質(zhì)決定的。首先鋼筋與混凝土有著近似相同的線膨脹系數(shù)，不會(huì)由環(huán)境不同產(chǎn)生過(guò)大的應(yīng)力。其次鋼筋與混凝土之間有良好的粘結(jié)力，有時(shí)鋼筋的表面也被加工成有間隔的肋條（稱為變形鋼筋）來(lái)提高混凝土與鋼筋之間的機(jī)械咬合，當(dāng)此仍不足以傳遞鋼筋與混凝土之間的拉力時(shí)，通常將鋼筋的端部彎起90度彎鉤。此外混凝土中的氫氧化鈣提供的堿性環(huán)境，在鋼筋表面形成了一層鈍化保護(hù)膜，使鋼筋相對(duì)于中性與酸性環(huán)境下更不易腐蝕。

鋼筋混凝土的發(fā)明出現(xiàn)在近代，通常認(rèn)為法國(guó)園丁約瑟夫·莫尼爾（en:Joseph Monier（英文））于1849年發(fā)明鋼筋混凝土并于1867年取得包括鋼筋混凝土花盆以及緊隨其后應(yīng)用于公路護(hù)欄的鋼筋混凝土梁柱的專(zhuān)利。1872年，世界第一座鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的建筑在美國(guó)紐約落成，人類(lèi)建筑史上一個(gè)嶄新的紀(jì)元從此開(kāi)始，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)在1900年之后在工程界方得到了大規(guī)模的使用。1928年，一種新型鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)形式預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土出現(xiàn)，并于二次世界大戰(zhàn)后亦被廣泛地應(yīng)用于工程實(shí)踐。鋼筋混凝土的發(fā)明以及19世紀(jì)中葉鋼材在建筑業(yè)中的應(yīng)用使高層建筑與大跨度橋梁的建造成為可能。

目前在中國(guó)，鋼筋混凝土為應(yīng)用最多的一種結(jié)構(gòu)形式，占總數(shù)的絕大多數(shù)，同時(shí)中國(guó)也是世界上使用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)最多的地區(qū)。其主要原材料水泥產(chǎn)量已于2010年達(dá)到18.82億噸，占世界總產(chǎn)量70%左右。

鋼筋銹蝕與混凝土的凍融循環(huán)

鋼筋銹蝕與混凝土的凍融循環(huán)會(huì)對(duì)混凝土的結(jié)構(gòu)造成損傷。當(dāng)鋼筋銹蝕時(shí)，銹跡擴(kuò)展，使混凝土開(kāi)裂并使鋼筋與混凝土之間的結(jié)合力喪失。當(dāng)水穿透混凝土表面進(jìn)入內(nèi)部時(shí)，受凍凝結(jié)的水分體積膨脹，經(jīng)過(guò)反復(fù)的凍融循環(huán)作用，在微觀上使混凝土產(chǎn)生裂縫并且不斷加深，從而使混凝土壓碎并對(duì)混凝土造成永久性不可逆的損傷。

在潮濕與寒冷氣候條件下，對(duì)鋼筋混凝土路面、橋梁、停車(chē)場(chǎng)等可能使用除冰鹽的建筑結(jié)構(gòu)物，應(yīng)使用環(huán)氧樹(shù)脂鋼筋或者熱浸電鍍、不銹鋼鋼筋等材料作為加強(qiáng)筋。環(huán)氧樹(shù)脂鋼筋可以通過(guò)表面的淺綠色涂料輕松識(shí)別。更便宜的辦法是使用磷酸鋅作為鋼筋的防銹涂料，磷酸鋅與鈣離子與氫氧根離子反應(yīng)生成穩(wěn)定的羥磷灰石。防水材料也用來(lái)保護(hù)鋼筋混凝土，如夾層填入膨潤(rùn)土的無(wú)紡?fù)凉げ?。亞硝酸鈣Ca(NO₂)₂作為緩蝕劑，按照相對(duì)于水泥重量1-2%的比例添加，可以防護(hù)鋼筋的腐蝕。因?yàn)閬喯跛岣x子是一種溫和的氧化劑，與鋼筋表面的亞鐵離子(Fe)結(jié)合沉淀為不可溶的氫氧化鐵(Fe(OH)₃).

碳化作用

正確地說(shuō)應(yīng)該是叫碳酸化作用，習(xí)慣通稱為碳化作用。混凝土中的孔隙水通常是堿性的，根據(jù)Pourbaix圖，鋼筋在pH值大于11時(shí)是惰性的，不會(huì)發(fā)生銹蝕?？諝庵械亩趸寂c水泥中的堿反應(yīng)使孔隙水變得更加酸性，從而使pH值降低。從構(gòu)件制成之時(shí)起，二氧化碳便會(huì)碳酸化構(gòu)件表面的混凝土，并且不斷加深。如果構(gòu)件發(fā)生開(kāi)裂，空氣中的二氧化碳將會(huì)更容易進(jìn)入混凝土的內(nèi)部。通常在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過(guò)程中，會(huì)根據(jù)建筑規(guī)范確定最小鋼筋保護(hù)層厚度，如果混凝土的碳化削弱了這一數(shù)值，便可能會(huì)導(dǎo)致因鋼筋銹蝕造成的結(jié)構(gòu)破壞。

測(cè)試構(gòu)件表面的碳化程度的方法是在其表面鉆一個(gè)孔，并滴以酚酞，沒(méi)有碳化部分便會(huì)變成粉色，通過(guò)測(cè)定沒(méi)有變色的砼的深度，便可得知碳化層的深度。

氯化腐蝕

氯化物， 包括氯化鈉，會(huì)對(duì)混凝土中的鋼筋腐蝕。因此，拌合混凝土?xí)r只允許使用清水。同樣使用鹽來(lái)為混凝土路面除冰是被禁止的。

堿骨料反應(yīng)

堿骨料反應(yīng)或堿硅反應(yīng)，（Alkali Aggregate Reaction，簡(jiǎn)稱AAR，或Alkali Silica Reaction，簡(jiǎn)稱ASR）是指當(dāng)水泥的堿性過(guò)強(qiáng)時(shí)，骨料中的非結(jié)晶硅成分(SiO₂)溶解并游離在高pH (12.5 - 13.5) 的水中，與水泥中的氫氧根離子發(fā)生反應(yīng)生成硅酸鹽，與水泥中的氫氧化鈣反應(yīng)生成水合硅酸鈣，引起混凝土的不均勻膨脹，導(dǎo)致開(kāi)裂破壞。它的發(fā)生條件為(1)骨料中含有相關(guān)活性成分——非結(jié)晶的二氧化硅；(2)環(huán)境中有足夠的氫氧根離子；(3混凝土中有足夠的濕度，相對(duì)濕度大于75%。這種反應(yīng)被稱為混凝土之癌，不論是否加強(qiáng)了鋼筋，混凝土中都會(huì)有此反應(yīng)。例如，混凝土的大壩。

高鋁水泥的晶體轉(zhuǎn)變

高鋁水泥對(duì)弱酸特別是硫酸鹽有抗性，同時(shí)早期強(qiáng)度增長(zhǎng)很快，具有很高強(qiáng)度和耐久性。在第二次世界大戰(zhàn)后被廣泛使用。但是由于內(nèi)部水化物晶體的轉(zhuǎn)型，其強(qiáng)度會(huì)隨時(shí)間推移而下降，在濕熱環(huán)境下更為嚴(yán)重。在英國(guó)，隨著3起使用高鋁預(yù)應(yīng)力混凝土梁的屋頂?shù)牡顾?，這種水泥在當(dāng)?shù)赜?976年被禁止使用，雖然后來(lái)被證明有制造缺陷，但禁令仍然保留。

硫酸鹽腐蝕

地下水中的硫酸鹽會(huì)與硅酸鹽水泥反應(yīng)生成具有膨脹性的副產(chǎn)品例如礬石(ettringite)或碳硫硅鈣(thaumasitein)從而導(dǎo)致混凝土的早期失效。

鋼板混凝土

鋼板混凝土施工中，工人現(xiàn)場(chǎng)將鋼板構(gòu)件焊接，節(jié)省了綁扎鋼筋的時(shí)間。而且鋼板混凝土具有較大的剛度，因?yàn)殇摪灏诨炷林?，拉?yīng)力是最大的。故而多用于超高層建筑。

纖維混凝土主要用于噴漿施工，但也可用于普通混凝土施工。鋼纖維和玻璃纖維是最常用的纖維，其費(fèi)用并不比人工綁扎鋼筋混凝土貴多少。

碳纖維亦非常適用于加固混凝土，但價(jià)格高昂，故一般用于失效鋼筋混凝土的加固補(bǔ)救措施。

鋼筋混凝土橋制造，見(jiàn)混凝土橋制造。

鋼筋混凝土橋制造，見(jiàn)混凝土橋制造。 2100433B

鋼、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)是指承重的主要構(gòu)件是用鋼、鋼筋混凝土建造的。

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